Аксиально-поршневая гидромашина Советский патент 1988 года по МПК F04B1/20 

(Л

Изобретение м.б.использовано в полнопоточных гидропередачах энергонасыщенных мобильных машин. Цель изобретения - повышение КПД и надежности гидромашины. В корпусе 1 на подшипниках 2 скольжения установлен вал 3. В ступенчатые цилиндрические отверстия 5 блока цилиндров 4 вставлены гильзы 6 и поршни (П) 7, опирающиеся с помощью гидростатических башмаков 8 на наклонный диск 9 Гильзы 6 выполнены в виде двух втулок 12, 13 (внутренней сплошной и наружной упругопористой, выполненной из тонкостенных профилированных трубок) . Трубки расположены соосно с образованием продольных микрощелей. Втулка 12 снабжена радиальными канн-

ле./

лами, вь4полненными в центральной части для сообщения микрощелей с зазором между П 7 и гильзой 6. Втулка 12 снабжена зубцами для взаимодействия с пазами на торцовой поверхности трубок. П 7 имеют разжимную юбку снабженную пробкой с упругим элементом, 5 С танов ленную по конусной поверхности юбкио Для разделения внутреннего объема П 7 на полости высокого и низкого давления на полости высокого давления полость высокого давления соединена с зазором, образованным между П 7 и отверстием 5 че1

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к аксиальнопоршневым насосам или гидромоторам с наклонным диском, применяемым в полнопоточных гидропередачах энерго- насьщенных мобильных машин, а таклсе тракторов и самоходных сельскохозяйственных Машин.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности гидромашины.

На фигЛ приведена гидромашйна, продольны разрез} на фиг.2 - поршен с гильзой в ступенчатом цилиндрическом отверстии; на фиг.З - узел 1 на фиг.2; на фиг.4 - поршень и гильза, поперечный разрез; на фиг.5 - эпюра- удельного давления с максимумами противоположных знаков, расположенных на начальном участке поршня и выходе поршня из втулки; на фиг.6 - деформация юбки поршня с уменьшением первоначального зазора до минимума; на фиг.7 - изменение зазора между поршнем и стенкой цилиндрического отверстия, возникающее вследствие податливости втулки; на фиг.8 - эпюра гидростатического давления при сужающемся верхнем зазоре и расширяющимся нижнем; на фиг,9 - разрез А-А на фиг.8; на фиг.10- эпюра гидростатического давления при деформации втулки; на фиг.11 - эпюра гидростатического давления при циркуляции тангенциальной силы, формирующей изгибающий момент. ;

9273

рез радиальн 1е каналы, вьтолненные в П 7 со стороны крышки. На цилиндрической поверхности П 7 равномерно расположены продольные пазы, длина которых равна диаметру П 7. Отверстия 5 снабжены конусной проточкой, глуби - на к-рой соизмерима с за зором между П 7 и гильзой 6. В результате гидростатического уравновешивания удель- ного давления в контакте поверхностей П-цилиндр, П-В 12 возможно снижение сил трения, а также уменьшение износа в указанных парах тре-. ния. 3 3.П. ф-лы, 11 ил.

0

5

0

5

0

5

В корпусе 1 гидромашины на под- шипниках 2 скольжения установлен вал 3 с блоком цилиндров 4. В ступенчатые цилиндрические отверстия 5 блока цилиндров 4 вставлены гильзы 6 и поршни 7 с гидростатическими башмаками 8, контактирующими с наклонным диском 9. Гидростатические еЗашмаки 8 фиксируются в осевом направлении относительно наклонного диска 9 с помощью сепаратора 10 и конусной втулки 11. Гильзы 6 состоят из двух втулок : внутренней сплошной 12 и наруж- .ной упругопористой 13, выполненной из тонкостенных профилированных трубок 14, установленных с образованием .продольных герметичных микро- щелей 15, которые фиксируются зубцами 16 внутренней втулки 12, входящими в поперечные пазы 17 трубок 14. В центральной части 18 внутренних втулок 12 имеются радиальные каналы 19, сообщающие зазор fi, между поршнем 7 и внутренней втулкой 12 с мйкрощелями 15. Поршни 7 содержат разжимную юбку 20, в которую вставлена коническая пробка 21, выполнен-, ная за одно целое с упругим элементом 22. Она удерживается с помощью крьшгки 23 со стержнем 24, установленным в поршне 7, с образованием между крышкой 23 и пробкой 21 полос- i ти высокого давления.

Полость 26 низкого давления между упругим элементом 22 пробки 21 и поршнем 7 соединена с дренажной

полостью 27 гидромашины через продольные пазы 28 стержня 24 и канал 29. Пробка 21 разделяет полости высокого давления 25 и низкого давления 26. Герметичность обеспечивается микрорельефом (не показан), выполненным на онической поверхности 30 пробки 21 и благодаря наличию

на цилиндрической поверхности 31 npo6-|Q удельное давление Риа частично 21 канавок 32, образующих лаби- ринтно-щелевое уплотнение. Полость 25 высокого давления соединяется с поршневым зазором й , образованным между юбкой 20 поршня 7 и цилиндрическим отверстием 5, через радиальные каналы 33, выполненные ,со стороны крышки 23, кольцевую канавку 34 и пазы 35 на пробке 21, причем каналы 33.расположены в непосредственной близости от крышки 23. Стержень 24 содержит центральный канал 36 для подвода высокого давления к сферической головке 37 гидростатического баш- .мака 8. Юбка 20 контактирует с крышкой 23 с минимальным зазором Sj , обеспечивающим свободу радиального , перемещения юбки 20. На поршне 7 равномерно расположены продольные пазы 38, длина которых равна диаметру поршня 7.Пазы 38 соединяют цилиндрические отверстия 5 с поршневым зазором 5. .Цилиндрические отверстия 5 снабжены конусной проточкой 39, глубина которой соизмерима зазору S между.поршнем 7 и гильзой 6.

В процессе работы гидромашины осевая сила Р, образующаяся при этом

новешивается гидростатической эпюрой давления, суш.сствующей в поршневом зазоре Oj за счет утечек через него рабочей жидкости, находящейся

15 под высоким давлением в цилиндрическом отверстии 5 и изменяющейся синхронно Мц. Изменение гидростатической эпюры давления синхронно .М происходит в результате соответствующих де20 формаций поршня 7 и гильзы 6. Высокое давление Р передается через радиальные каналы 33, канавку 34 и пазы 35 в в полость 25.- Под действием этого давления пробка 21, преодолевая уси-.

25 лие упругого.элемента 22, перемещается вправо, деформируя через коническую поверхность 30 юбку 20 порпшя 7. При деформации юбки 20 поршневой зазор «Jj. уменьшается. Между взаимно

30 изолированными полостями высокого давЛеняя 25 и дренажной 27 имеются утечки только по щелевому уплотнению, образованному прецезионными цилиндрическими поверхностями пробки 21 и

стержня 24. Коническая пробка 21,. работающая как кольцевой поршень, вы- :полняет функцию гидромеханического усилителя.

При деформации юбки 20 поршень 7

на поршнях 7 от взаимодействия башма- 40 центрируется относительно цилиндриков 8 с наклонным диском 9, расклады- ческого отверстия 5. Под воздействивается на нормальную N, направленную перпендикулярно к поверхности последнего, и тангенциальную Т, перпендикулярную к оси 40 поршня 7. Тангенци-- альная сила Т образует изгибающий момент М TL, где L - плечо приложения силы Т от центра 41 сферической головки 37 до точки приложения равнодействующей эпюры опорной реакции на гильзе 6, L - величина переменная, в течение половины оборота блока цилиндров 4 она изменяется от Ьд,„ц до

/иакс

В течение полного оборота блока

цилиндров 4 вектор танценциальной силы Т .имеет переменный модуль от Т О до Т ± совершает полную циркуляцию вокруг оси 40 поршня 7.

. J, на поршАналогично изменяющийся М, не 7 воспринимается контактируюпш)и поверхностями цилиндрического отверстия 5, гильзы 6 и самого поршня 7. Удельное давление в зоне контакта этих поверхностей также совершает циркуляцию синхронно с циркуля- -цией М,. В /конструкции гидромашины

новешивается гидростатической эпюрой давления, суш.сствующей в поршневом зазоре Oj за счет утечек через него рабочей жидкости, находящейся

под высоким давлением в цилиндрическом отверстии 5 и изменяющейся синхронно Мц. Изменение гидростатической эпюры давления синхронно .М происходит в результате соответствующих деформаций поршня 7 и гильзы 6. Высокое давление Р передается через радиальные каналы 33, канавку 34 и пазы 35 в в полость 25.- Под действием этого давления пробка 21, преодолевая уси-.

лие упругого.элемента 22, перемещается вправо, деформируя через коническую поверхность 30 юбку 20 порпшя 7. При деформации юбки 20 поршневой зазор «Jj. уменьшается. Между взаимно

изолированными полостями высокого давЛеняя 25 и дренажной 27 имеются утечки только по щелевому уплотнению, образованному прецезионными цилиндрическими поверхностями пробки 21 и

стержня 24. Коническая пробка 21,. работающая как кольцевой поршень, вы- :полняет функцию гидромеханического усилителя.

При деформации юбки 20 поршень 7

ем тангенциальной силы Т, направленной, например, вверх, зазор S в верхнем положении уменьшается, а в

43 нижнем увеличивается. Утечки рабочей I жидкости из цилиндрического отверстия 5 происходят преимущественно че рез продольные пазы 28, которые в верхнем положении оказьшаются запертыgQ ми в связи с плотным прилеганием пор поршня 7 к цилиндрическому отверстию 5, а в нижнем сообщаются с зазором S,, поэтому площадь эпюры давления в нижнем положении зазора S превышасд ет площадь эпюры в верхнем положении Одновременно с появлением эксцентри-. ситета поршня 7 в цилиндрическом отверстии 5 под действием силы Т имеет место его перекос и относительно

втулки 12, при котором зазор 5 приобретает конусность с сужением в - верхней части и с расширением в нижней. Тогда эпюра давления утечек в верхней части становится вьтуклой а в нижней - вогнутой,.

Рабочая жидкость под высоким давлением проникает через радиальные каналы -19 между втулками 12 и 13. Этора в этом случае характеризуется неравномерностью по причине эксцентричного положения поршня 7, которое сохраняется практически на всех режимах работы насоса, и благодаря профилированным трубкам 14 и утечкам рабочей жидкости из микрощелей 15, Наличие в гильзах 6 блока цилиндров 4 упруго-пористой втулки 13, выполненной многослойной из тонкостенных трубок 14 с продольными микрощелями 15, обеспечивает свободу в радиальном направлении упругой деформации внутренней втулки 12. Эта деформация усиливает перераспределение эпюры давления в зазоре ff, между поршнем 7 и внутренней втулкой 12. При этом снижаются азимутальные перетечки из участков эпюр с более высоким давлением в участки с низким давлением, а следовательно, способствует уменьшению объемных потерь в поршневых парах. Благодаря усилению эффекта перераспределения эпюры давления в зазоре Si « увеличивается степень гидростатической разгрузки и как результат, снижается удельное давление и износ в поршневых-парах, что благоприятно влияет на надежность насоса или гидромотора.

Радиальные каналы 19 во внутренней втулке 12, сообщающие зазор S, с продольными микрощелями 15 между внутренней 12 и наружной 13 втулками, обеспечивают следящий режим под™ жима поверхности внутренней 12 втулки к поршню 7 вдоль ее образующих. Так как при некотором минимально допустимом зазоре а в этих местах радиальные отверстия лерекрываются поршнем, то происходит соответствую- шее уменьшение наружного давления на внутреннюю втулку, что уменьшает силу, трения в поршневой паре, а следовательно, повышает механический КПД и исключает защемление поршней в гильзах, что благоприятно влияет на надежность. Наличие в разжимной юбке 20 поршней 7, опирающейся на упругий

0

элемент 22 пробки 21, взаимодействующей с юбкой 20 по конической поверхности 30 и разделяющей внутренний объем поршня 7 на полости высокого давления 25 и дренажную 27, позволяет осуществить центрирование в цилиндрических отверстиях 5 начального участка поршней 7. При таком центрировании перекос поршня 7 в цилиндрическом отверстии 5 приводит к бла- гоприятв:ому перераспределению эпюры давления в поршневом зазоре S с расположением максимума ее площади в

5 в зоне опорной реакции цилиндрического отверстия на поршень 7. Разжим юбки 20 с помощью упругого элемента 22, воздействующего на нее через самотормозящую коническую поверхность 30,

0 исключает деформацию юбки 20 от

опорной реакции цилиндрического отверстия 5 на начальном участке 42 поршня 7.

Поэтому предлагаемое конструк5 тивное решение способствует повьш1е- нию КПД за счет снижения удельного давления и силы трения и повьш1ению надежности, так как предотвращает износ поршневых пар. Соединение по0 лости 25 высокого давления во внутреннем объеме поршня 7 с поршневьм зазором о2 через радиальные каналы 19 в юбке 20 поршня 7 позволяет осуществить более качественное центриg рование начального участка 42 поршня 7 в цилиндрическом отверстии 5, так как заказанные каналы 19 с згчетом их расположения выполняют функцию обратной связи в системе автоматического

0 регулирования поршневого зазора 5 . Автоматическое регулирование в данном случае предотвращает как заклинивание поршня 7, что устраняется в виду снижения давления в полости 25

5 при перекрытии радиальных каналов 19 поверхностью цилиндрического отверстия 5, так и его увеличение, при котором эксцентриситет поршня 7 на участке 42 снижает эффективность от

Q рассмотренного перераспределения эпюры давления в поршневом зазоре S , что устраняется при повьш1ении давления в полости 25. Поэтому авто55

матическое поддержание оптимальной величины поршневого зазора (j на участке 42 с помощью указанных отверстий также позволяет повысить КПД за счет уменьшения сил трения и на- дежность, так как предотврашается

на, содержащая установленные в корпу- ча.ющаяся тем, что цилиндри - се вал, вращающийся блок цилиндров со 40 ческие отверстия блока цилиндров ступенчатыми цилиндрическими отверс- снабжены конусной проточкой, глуби- тиями под гильзы и поршни, опирающие- на которой соизмерима с зазором.меж ся с помощью гидростатических башма- ду поршнем и гильзой.

5 23 J, , 2 26 Z2 2 18 13 13 П167

/Л///jy W 29

/ / - V у / яСAy x riJii-S- y1 у

((ЧУжь /

y/jy г/ТТГ/1 I /, J т- 1

36 38 30 ii 39

NTsTv si N :v N

///////7.

28 27 В

фиг, г

X

ill W 21

/ / /

Фие.д

/5

2Ц

21

х у JV

//.///// N///M ; /r //f //7v4

р

Н

Фиг. 5

v4

Фие.6

ч

1

«N4

Фие.1

1

13 12

Фиг.8

Фие.9

Фие.Ю

лина I зазора 09

.ib

R зазора §j Фие.11